淺談薄煤層無人工作面開采技術(shù)

1、<p>　　淺談薄煤層無人工作面開采技術(shù)</p><p>　　摘 要：本文針對薄煤層采用傳統(tǒng)的炮采工藝落后、開采難度大等問題，借鑒國外的經(jīng)驗(yàn)研究出適合薄煤層開采的螺旋鉆開采新工藝，介紹了螺旋鉆開采的工藝過程及技術(shù)特點(diǎn)，實(shí)踐表明，采用鉆采方式能夠解決較薄煤層開采問題，具有工藝先進(jìn)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：大同；薄煤層；螺旋鉆開采；工藝

2、</p><p>　　大同煤礦集團(tuán)薄煤層可采儲量占總可采儲量的比重很大，薄煤層開采一直采用傳統(tǒng)的炮采工藝，少數(shù)工作面采用薄煤層采煤機(jī)采煤，這樣的工藝主要存在以下缺點(diǎn)：一是工藝復(fù)雜，單產(chǎn)低；二是效率低，采煤直接工效僅為500～1 000t／(人·年)；三是遇構(gòu)造時(shí)搬家頻繁；四是工人的勞動強(qiáng)度大；五是厚度較小的薄煤層采用炮采無法開采。隨著某些礦井可采儲量的日益枯竭，薄煤層的開采問題在大同礦區(qū)已越來越突出，但

3、是一直沒有研究出更有效的開采方法，因此，借鑒國外的經(jīng)驗(yàn)研究適合大同煤礦地質(zhì)條件的薄煤層開采新工藝、新方法和新設(shè)備，最大限度地開發(fā)地下煤炭資源，是急需解決的重要課題。大同煤礦集團(tuán)公司要及時(shí)在工作面進(jìn)行螺旋鉆開采成為薄煤層開采工藝的一次革命。 </p><p>　　螺旋鉆采煤法在我國剛剛起步，主要用于薄煤層開采，屬于一種無人工作面開采法。1998年，我國從俄羅斯進(jìn)口了兩臺БyT-3M型螺旋鉆采煤機(jī)，在徐州韓橋進(jìn)行了工

4、業(yè)性試驗(yàn)。其工作原理為：在巷道內(nèi)穩(wěn)設(shè)螺旋鉆采煤機(jī)，向巷幫鉆孔采煤，巷道內(nèi)安裝運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)煤，根據(jù)頂板巖性及礦壓情況，在鉆孔間留設(shè)0.5～1.0m煤柱支護(hù)頂板，螺旋鉆采煤機(jī)移動由本身的履帶行走機(jī)構(gòu)在巷道內(nèi)移動，2003年，山東新汶礦業(yè)集團(tuán)公司引進(jìn)了兩臺BSHK-2DM螺旋鉆機(jī)，已通過中國煤炭協(xié)會技術(shù)鑒定。螺旋鉆采煤技術(shù)的核心的螺旋鉆具，它由螺旋鉆頭和成對的螺旋鉆桿組成。鉆具部分可根據(jù)不同的開采和地質(zhì)條件安裝2～4個(gè)鉆頭，平行的鉆進(jìn)2～4個(gè)鉆

5、孔，鉆孔寬度可達(dá)到1.14～2.77m。鉆具上裝有5種傳感器，分別監(jiān)控鉆孔內(nèi)的瓦斯?jié)舛?、鉆頭旋轉(zhuǎn)扭距、鉆孔間的煤柱、鉆孔導(dǎo)向、鉆頭與煤層間隙等情況，并通過多功能控制裝置實(shí)現(xiàn)集中控制，并用單獨(dú)的局部通風(fēng)機(jī)向孔內(nèi)壓入新鮮風(fēng)流，用噴水管在鉆孔內(nèi)噴霧，使鉆孔內(nèi)的瓦斯?jié)舛群头蹓m濃度達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)。目前進(jìn)口一臺螺旋鉆采煤機(jī)約需120-150萬元，采用雙順槽對向開采，安裝4臺采煤機(jī)同時(shí)生產(chǎn)，年產(chǎn)能力預(yù)計(jì)在100萬t。下</p><p

6、>　　1．試驗(yàn)面生產(chǎn)技術(shù)條件 </p><p>　　1．1潘西礦1701鉆采面地質(zhì)條件 </p><p>　　1701鉆采工作面為-350 m水平一采區(qū)七層煤東翼第一個(gè)工作面，其西部為七層一采上山，東部至七層煤變薄帶，北部為1702工作面準(zhǔn)備區(qū)，南部為澇坡煤礦邊界煤柱。工作面走向長1 043 m，傾斜長40～120 m，面積為83 440 m2。地面標(biāo)高+228．4 m，井下標(biāo)高-1

7、49．0～-161．5 m。 </p><p>　　該面煤層賦存穩(wěn)定，煤層總厚度0．42～0．81 m，平均0．65 m，煤層結(jié)構(gòu)簡單，可采指數(shù)為1，變異系數(shù)25．28％，屬較穩(wěn)定層。 </p><p><b>　　1．2巷道布置 </b></p><p>　　七層煤一采區(qū)采用單翼布置，在采區(qū)西部布置采區(qū)軌道上山及采區(qū)輸送機(jī)上山，兩條上山均沿七

8、層煤掘進(jìn)，其中，輸送機(jī)上山作為運(yùn)煤及進(jìn)風(fēng)用，軌道上山作為輔助運(yùn)輸及回風(fēng)用。采區(qū)下部通過-350m水平七層煤大巷與-350m井底車場聯(lián)系，作為采區(qū)總進(jìn)風(fēng)巷。采區(qū)軌道上山上部連接-150m主石門，作為采區(qū)總回風(fēng)巷。 </p><p>　　1701運(yùn)輸巷位于采區(qū)上部車場以下40m處，采用單巷布置，巷道凈寬4400mm，凈高3500mm，斷面13．3m2，采用錨網(wǎng)梁支護(hù)，所用錨桿為螺紋鋼等強(qiáng)錨桿，直徑18mm，長度220

9、0mm，間排距為800mm×800mm。該巷道主要用于該鉆采面的進(jìn)風(fēng)、運(yùn)煤和運(yùn)料。 </p><p><b>　　2．開采方法 </b></p><p><b>　　2．1回采工藝 </b></p><p>　　1701工作面采用烏克蘭BSHK—2DM新型螺旋鉆機(jī)，采用前進(jìn)式獨(dú)頭鉆采的工藝方式，下山方向鉆采完后再

10、退回調(diào)頭鉆采上山方向煤層。 </p><p><b>　　2．2落煤方法 </b></p><p>　　螺旋鉆機(jī)布置在運(yùn)輸順槽中，向下山方向煤層打鉆，鉆頭割煤，螺旋鉆桿掏煤，掏出的煤直接落到運(yùn)輸順槽的刮板輸送機(jī)上運(yùn)山。該機(jī)一次采寬1905mm，鉆機(jī)自動接桿，達(dá)到設(shè)計(jì)采深或遇到斷層時(shí)退出鉆桿，螺旋鉆機(jī)整體前移，預(yù)留0．5m煤柱后開始下一循環(huán)鉆采。 </p>

11、<p>　　2．3螺旋鉆機(jī)工作面生產(chǎn)能力 </p><p>　　鉆采工作面每班鉆進(jìn)30m，每天鉆進(jìn)深度90m，鉆孔高度0．65m，鉆孔寬度1．905m，鉆煤時(shí)回收率0．95，則 </p><p>　　日產(chǎn)量Qd=90×1．905×0．65×1．31×0．95=138．7(t) </p><p>　　月產(chǎn)量Qm=13

12、8．7×30×90％=3745(t) </p><p>　　3．工作面設(shè)備配置 </p><p>　　運(yùn)輸順槽內(nèi)布置φ50mm的防塵管路，每50m設(shè)一個(gè)三通閥門，以便滿足鉆進(jìn)時(shí)降塵和沖刷巷道，杜絕煤塵積聚。運(yùn)煤巷道各轉(zhuǎn)載點(diǎn)相應(yīng)安設(shè)噴霧裝置，實(shí)施轉(zhuǎn)載自動噴霧。在靠工作面?zhèn)仍O(shè)置SGW—40T型和SGW—30B型刮板輸送機(jī)和SPJ—800型膠帶輸送機(jī)，并在靠近鉆采工作面的地點(diǎn)

13、設(shè)有移動開關(guān)站、螺旋鉆機(jī)液壓系統(tǒng)泵站等設(shè)備。 </p><p>　　(1)螺旋鉆機(jī)BSHK—2DM型螺旋鉆采煤機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)為：鉆高0．65m，鉆寬1905mm，鉆深(上山力向）85 m；下山方向鉆深45m；電機(jī)功率235kW；鉆進(jìn)速度1．0m／min。 </p><p>　　(2)運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)輸設(shè)備有SGW—40T刮板輸送機(jī)一部，SPJ—800膠帶輸送機(jī)兩部。 </p>

14、<p>　　(3)輔助運(yùn)輸設(shè)備輔助運(yùn)輸采用單軌吊一部，起吊重量2 t，爬坡角度6°。 </p><p><b>　　4．頂板管理 </b></p><p>　　根據(jù)相鄰南冶礦1203西鉆采面的礦壓觀測資料和潘西礦1701面頂板情況觀測分析，由于煤層埋藏較淺，且為條帶式開采，雖然直接頂為不穩(wěn)定的二級二類頂板，但采寬1．905m，煤柱寬0．5m，頂板來

15、壓及下沉等顯現(xiàn)不明顯。 </p><p>　　5．勞動組織和主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo) </p><p><b>　　5．1勞動組織 </b></p><p>　　工作面采用“三八”制作業(yè)制度，每班作業(yè)8h，實(shí)行邊采邊準(zhǔn)。每天檢修時(shí)間保持3h以上。 </p><p>　　1701工作面每班有1名帶班工長負(fù)責(zé)組織生產(chǎn)，配有螺旋鉆機(jī)司

16、機(jī)2人、維修工1人、輔助工2人、電工1人及相關(guān)工種的操作人員，全班合計(jì)7人。 </p><p>　　5．2主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo) </p><p>　　1701工作面的主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)見表及續(xù)表1中名稱 數(shù)量名稱數(shù)量煤硬度1.5出勤率81%煤層厚度0.42～0.81 m工作面效率6.5t/工鉆孔高度0.625m鉆孔寬度1.905m 地質(zhì)儲量7.1萬t可采儲量5.67萬t可采期13.6月鉆煤采出率

17、≥80% </p><p><b>　　6．主要生產(chǎn)系統(tǒng) </b></p><p><b>　　6．1通風(fēng)系統(tǒng) </b></p><p>　　選用DKJ—65No4．5型通風(fēng)機(jī)對鉆孔內(nèi)供風(fēng)，DKJ—65No4.5型通風(fēng)機(jī)供風(fēng)量為130～200 m3／min，能滿足鉆孔供風(fēng)要求。 </p><p>　

18、　1701運(yùn)輸順槽采用壓入式通風(fēng)方式。 </p><p><b>　　6．2供電系統(tǒng) </b></p><p>　　1701西鉆采面的供電變壓器為KBSGZY—500／6型移動變電站，移動變壓器將6kV高壓變?yōu)?60V電壓，給螺旋鉆機(jī)、前部轉(zhuǎn)載機(jī)、后部轉(zhuǎn)載機(jī)、通風(fēng)機(jī)、液壓泵站、單軌吊等供電；設(shè)備裝機(jī)總?cè)萘繛?87．76 kW。 </p><p>

19、;　　7．采煤成本對比分析 </p><p>　　螺旋鉆機(jī)采煤與炮采成本對比分析內(nèi)容 </p><p>　　項(xiàng)目 螺旋鉆采煤機(jī) 炮采 設(shè)備租賃費(fèi) 設(shè)備租賃費(fèi)：53000元(1)工作面需用1m單體支柱1200棵，租賃費(fèi)1.8萬元；(2)乳化液泵2臺，租賃費(fèi)0.552萬元；(3)金屬鉸接頂梁260根，租賃費(fèi)0.09萬元；(4)40T溜子租賃0.42萬元。小計(jì)2.862萬元材料消耗采煤材料消耗：

20、15115元(1)炸藥5.5t/萬t，每噸0.4萬元，計(jì)1.1萬元；(2)雷管1萬發(fā)/萬t，每發(fā)1元，計(jì)0.5萬元；(3)坑木10m3/萬t，750元/m3，計(jì)0.375萬元。小計(jì)1.975萬元電力消耗8.48 kW?h/t×3149t×0.45元/kW·h=12016元乳化液泵：37×0.7×12×30×0.45=4196 元；150刮板輸送機(jī)：5×0.7

21、×12×0.45=8505元。小計(jì)1.27萬元工資2000元/人×21人=42000元2000元/人×150人=300 000元 </p><p>　　項(xiàng)目 螺旋鉆采煤機(jī) 炮采 巷道費(fèi)用 巷道成本2 725元/m，平均每月報(bào)廢巷道50 m，掘進(jìn)費(fèi)用13.625萬元 每米巷道成本1827元/m；每萬噸需掘進(jìn)巷道587m，掘進(jìn)費(fèi)用：1827×587×0.5=

22、62.76萬元總合計(jì)25.828萬元71.867萬元噸煤成本68.994元143.734元 </p><p>　　注：0．7m以下的薄煤層炮采工作面單產(chǎn)按0．5萬t／月計(jì)算。 </p><p>　　從以上比較可以看出，采用螺旋鉆采煤機(jī)與采用炮采采煤相比，噸煤成本減少74．74元，按年產(chǎn)4萬t計(jì)算，每年可節(jié)省費(fèi)用近300萬元。 </p><p><b>　　

23、8．結(jié)束語 </b></p><p>　　通過工業(yè)性試驗(yàn)及對螺旋鉆采煤機(jī)性能的深入研究，主要取得以下成果： </p><p>　?、賹?shí)現(xiàn)了薄煤層單巷前進(jìn)式開采。在同一條巷道中前面掘進(jìn)、螺旋鉆機(jī)組滯后前進(jìn)式的采煤方法，并且不用另外布置工作面回風(fēng)巷，降低了巷道掘進(jìn)率，有利于采掘接續(xù)，有利于薄煤層及邊角煤柱的回收。 </p><p>　?、趯?shí)現(xiàn)了煤層潔凈開采。

24、鉆采過程中遇到斷層時(shí)退出鉆桿，掘進(jìn)矸石可充填下部鉆孔，減少了矸石采出和排放量，同時(shí)孔間留設(shè)小煤柱，有利于建筑物下開采地表減沉。 </p><p>　　③實(shí)現(xiàn)了回采工藝的單一化。螺旋鉆機(jī)無人工作面開采工藝過程簡單，將傳統(tǒng)回采工藝的破、裝、運(yùn)、支、處五大工序合并，由螺旋鉆機(jī)鉆采完成。 </p><p>　　④實(shí)現(xiàn)了煤炭開采的車間化。螺旋鉆機(jī)無人工作面開采極大地改善了工人的勞動條件和勞動環(huán)境，工

25、人不再進(jìn)入工作面，而是在巷道中操縱機(jī)械，勞動強(qiáng)度小，生產(chǎn)安全。 </p><p>　?、輨趧由a(chǎn)率高，經(jīng)濟(jì)效益好。螺旋鉆機(jī)無人工作面開采，用人少，占用設(shè)備少，節(jié)省了工作面內(nèi)的輸送機(jī)、支架等設(shè)備，減少了設(shè)備的故障率。 </p><p>　?、尢岣吡说V井安全生產(chǎn)程度。該機(jī)組采寬為1．905～2．105m，鉆采孔之間煤柱為0．5～1．0m，鉆采孔內(nèi)不進(jìn)入工作人員，實(shí)現(xiàn)了無人工作面獨(dú)頭采煤，杜絕了

26、占煤礦事故達(dá)50％的頂板事故；本鉆機(jī)采用局部通風(fēng)機(jī)對迎頭供風(fēng)，防塵管路、噴霧噴頭至迎頭，使用無火花型鉆頭，迎頭鉆桿中安設(shè)瓦斯斷電傳感器，鉆采孔開門處設(shè)置外噴等安全措施，杜絕了瓦斯、煤塵事故，可以說螺旋鉆采煤是一種安全度很高的先進(jìn)采煤方式。 </p><p>　　總之，在薄煤層中使用螺旋鉆采煤機(jī)采煤試驗(yàn)研究是成功的，達(dá)到了預(yù)期的效果，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。而對于大同礦業(yè)集團(tuán)也極具借鑒意義，從而極大利用現(xiàn)有資源，為